The growing human population and a changing environment have raised significant concern for global food security, with the current improvement rate of several important crops inadequate to meet future demand 1 . This slow improvement rate is attributed partly to the long generation times of crop plants. Here, we present a method called ‘speed breeding’, which greatly shortens generation time and accelerates breeding and research programmes. Speed breeding can be used to achieve up to 6 generations per year for spring wheat (Triticum aestivum), durum wheat (T. durum), barley (Hordeum vulgare), chickpea (Cicer arietinum) and pea (Pisum sativum), and 4 generations for canola (Brassica napus), instead of 2–3 under normal glasshouse conditions. We demonstrate that speed breeding in fully enclosed, controlled-environment growth chambers can accelerate plant development for research purposes, including phenotyping of adult plant traits, mutant studies and transformation. The use of supplemental lighting in a glasshouse environment allows rapid generation cycling through single seed descent (SSD) and potential for adaptation to larger-scale crop improvement programs. Cost saving through light-emitting diode (LED) supplemental lighting is also outlined. We envisage great potential for integrating speed breeding with other modern crop breeding technologies, including high-throughput genotyping, genome editing and genomic selection, accelerating the rate of crop improvement. Fully enclosed, controlled-environment growth chambers can accelerate plant development. Such ‘speed breeding’ reduces generation times to accelerate crop breeding and research programmes, and can integrate with other modern crop breeding technologies.

'Speed breeding' (SB) shortens the breeding cycle and accelerates crop research through rapid generation advancement. SB can be carried out in numerous ways, one of which involves extending the duration of plants' daily exposure to light, combined with early seed harvest, to cycle quickly from seed to seed, thereby reducing the generation times for some long-day (LD) or day-neutral crops. In this protocol, we present glasshouse and growth chamber-based SB approaches with supporting data from experimentation with several crops. We describe the conditions that promote the rapid growth of bread wheat, durum wheat, barley, oat, various Brassica species, chickpea, pea, grass pea, quinoa and Brachypodium distachyon. Points of flexibility within the protocols are highlighted, including how plant density can be increased to efficiently scale up plant numbers for single-seed descent (SSD). In addition, instructions are provided on how to perform SB on a small scale in a benchtop growth cabinet, enabling optimization of parameters at a low cost.

Abstract Since emerging in Brazil in 1985, wheat blast has spread throughout South America and recently appeared in Bangladesh and Zambia. We show that two wheat resistance genes, Rwt3 and Rwt4 , acting as host-specificity barriers against non-Triticum blast pathotypes encode a nucleotide-binding leucine-rich repeat immune receptor and a tandem kinase, respectively. Molecular isolation of these genes allowed us to develop assays that will ensure the inclusion of these two genes in the wheat cultivars to forestall the recurrence of blast host jumps.

Abstract Wheat blast, caused by the fungus Magnaporthe oryzae , threatens global cereal production since its emergence in Brazil in 1985 and recently spread to Bangladesh and Zambia. Here we demonstrate that the AVR-Rmg8 effector, common in wheat-infecting isolates, is recognized by the gene Pm4 , previously shown to confer resistance to specific races of Blumeria graminis f. sp. tritici , the cause of powdery mildew of wheat. We show that Pm4 alleles differ in their recognition of different AVR-Rmg8 alleles, and some confer resistance only in seedling leaves but not spikes, making it important to select for those alleles that function in both tissues. This study has identified a gene recognizing an important virulence factor present in wheat blast isolates in Bangladesh and Zambia and represents an important first step towards developing durably resistant wheat cultivars for these regions.

Abstract A diverse panel of wheat wild relative species was screened for resistance to Fusarium head blight (FHB) by spray inoculation. The great majority of species and accessions were susceptible or highly susceptible to FHB. Accessions of Triticum timopheevii (P95-99.1-1), Agropyron desertorum (9439957) and Elymus vaillantianus (531552) were highly resistant to FHB while additional accessions of T. timopheevii were found to be susceptible to FHB. A combination of spray and point inoculation assessments over two consecutive seasons indicated that the resistance in accession P95-99.1-1 was due to enhanced resistance to initial infection of the fungus (type 1 resistance), and not to reduction in spread (type 2 resistance). A panel of wheat- T. timopheevii (accession P95-99.1-1) introgression lines was screened for FHB resistance over two consecutive seasons using spray inoculation. Most introgression lines were similar in susceptibility to FHB as the wheat recipient (Paragon) but substitution of the terminal portion of chromosome 3BS of wheat with a similar-sized portion of 3G of T. timopheevii significantly enhanced FHB resistance in the wheat background.

Abstract Wheat blast, caused by the fungus Magnaporthe oryzae , threatens global cereal production since its emergence in Brazil in 1985 and recently spread to Bangladesh and Zambia. Here we demonstrate that the AVR-Rmg8 effector, common in wheat-infecting isolates, is recognised by the gene Pm4 , previously shown to confer resistance to specific races of Blumeria graminis f.sp. tritici , the cause of powdery mildew of wheat. We show that Pm4 alleles differ in their recognition of different AVR-Rmg8 alleles, and some confer resistance only in seedling leaves but not spikes making it important to select for those alleles that function in both tissues. This study has identified a gene recognising an important virulence factor present in wheat blast isolates in Bangladesh and Zambia and represents an important first step towards developing durably resistant wheat cultivars for these regions.

Fusarium head blight (FHB) causes significant grain yield and quality reductions in wheat and barley. Most wheat varieties are incapable of preventing FHB spread through the rachis, but disease is typically limited to individually infected spikelets in barley. We point inoculated wheat lines possessing barley chromosome introgressions to test whether FHB resistance could be observed in a wheat genetic background. The most striking differential was between 4H(4D) substitution and 4H addition lines. The 4H addition line was similarly susceptible to the wheat parent, but the 4H(4D) substitution line was highly resistant, which suggests that there is an FHB susceptibility factor on wheat chromosome 4D. Point inoculation of Chinese Spring 4D ditelosomic lines demonstrated that removing 4DS results in high FHB resistance. We genotyped four Chinese Spring 4DS terminal deletion lines to better characterise the deletions in each line. FHB phenotyping indicated that lines del4DS-2 and del4DS-4, containing smaller deletions, were susceptible and had retained the susceptibility factor. Lines del4DS-3 and del4DS-1 contain larger deletions and were both significantly more resistant, and hence had presumably lost the susceptibility factor. Combining the genotyping and phenotyping results allowed us to refine the susceptibility factor to a 31.7 Mbp interval on 4DS.

To meet the challenge of feeding a growing population, breeders and scientists are continuously looking for ways to increase genetic gain in crop breeding. One way this can be achieved is through 'speed breeding' (SB), which shortens the breeding cycle and accelerates research studies through rapid generation advancement. The SB method can be carried out in a number of ways, one of which involves extending the duration of a plant's daily exposure to light (photoperiod) combined with early seed harvest in order to cycle quickly from seed to seed, thereby reducing the generation times for some long-day (LD) or day-neutral crops. Here we present glasshouse and growth chamber-based SB protocols with supporting data from experimentation with several crop species. These protocols describe the growing conditions, including soil media composition, lighting, temperature and spacing, which promote rapid growth of spring and winter bread wheat, durum wheat, barley, oat, various members of the Brassica family, chickpea, pea, grasspea, quinoa and the model grass Brachypodium distachyon. Points of flexibility within the protocols are highlighted, including how plant density can be increased to efficiently scale-up plant numbers for single seed descent (SSD) purposes. Conversely, instructions on how to perform SB on a small-scale by creating a benchtop SB growth cabinet that enables optimization of parameters at a low cost are provided. We also outline the procedure for harvesting and germinating premature wheat, barley and pea seed to reduce generation time. Finally, we provide troubleshooting suggestions to avoid potential pitfalls.

The growing human population and a changing environment have raised significant concern for global food security, with the current improvement rate of several important crops inadequate to meet future demand [1]. This slow improvement rate is attributed partly to the long generation times of crop plants. Here we present a method called 'speed breeding', which greatly shortens generation time and accelerates breeding and research programs. Speed breeding can be used to achieve up to 6 generations per year for spring wheat (Triticum aestivum), durum wheat (T. durum), barley (Hordeum vulgare), chickpea (Cicer arietinum), and pea (Pisum sativum) and 4 generations for canola (Brassica napus), instead of 2-3 under normal glasshouse conditions. We demonstrate that speed breeding in fully-enclosed controlled-environment growth chambers can accelerate plant development for research purposes, including phenotyping of adult plant traits, mutant studies, and transformation. The use of supplemental lighting in a glasshouse environment allows rapid generation cycling through single seed descent and potential for adaptation to larger-scale crop improvement programs. Cost-saving through LED supplemental lighting is also outlined. We envisage great potential for integrating speed breeding with other modern crop breeding technologies, including high-throughput genotyping, genome editing, and genomic selection, accelerating the rate of crop improvement.